N,N'-二-Boc-S-甲基异硫脲（CAS 107819-90-9，分子式C₁₁H₂₀N₂O₄S）是双Boc保护的S-甲基异硫脲，结构为(CH₃)₃COC(O)N=C(SCH₃)NHC(O)OC(CH₃)₃。该试剂与氨基酸或多肽中的伯氨基发生亲核取代，甲硫醇离去，生成N,N'-二-Boc胍衍生物。后续步骤中，两个Boc必须选择性脱除以再生胍基，同时不破坏多肽合成中常用的Fmoc、Cbz等保护基。
反应原理与产物结构
该试剂的异硫脲碳原子具有强亲电性。伯氨基进攻该碳原子，形成四面体中间体，随后消除甲硫基负离子，得到胍基结构。具体反应式：
(CH₃)₃COC(O)N=C(SCH₃)NHC(O)OC(CH₃)₃ + H₂N-R → (CH₃)₃COC(O)N=C(NH-R)NHC(O)OC(CH₃)₃ + CH₃SH
产物中两个Boc分别位于胍基的两个氮原子上，一个为亚胺氮，一个为氨基氮。该双Boc结构使胍基呈中性且溶于常规有机溶剂，同时可通过酸解反应移除。
Boc脱除的酸解条件与机理
Boc基团的脱除属于叔丁氧羰基在酸性条件下的裂解反应。质子首先与Boc的羰基氧结合，诱导叔丁基碳正离子离去，随后氨基甲酸中间体自发分解为二氧化碳和游离胺。对于双Boc胍，第一个Boc脱除后，剩余的单Boc胍具有更强的碱性，在酸中继续质子化并脱除第二个Boc。因此必须使用足够浓度的强酸才能完全去保护。
标准脱除条件采用50%（体积比）三氟乙酸（TFA）的二氯甲烷溶液，室温搅拌30～60分钟。TFA的酸性（pKa ≈ 0.23）足以彻底断裂两个Boc，同时不会水解肽键。反应体系中需加入2%～3%三异丙基硅烷（TIPS）或苯甲醚，以捕获脱除过程中产生的叔丁基正离子，防止其烷基化色氨酸、甲硫氨酸等富电子侧链。对于空间位阻较大的肽段，可将TFA浓度提高至80%，反应时间延长至2小时，Boc仍选择性脱除。
选择性脱除的化学依据
选择性来源于不同保护基对酸稳定性的本质差异。Fmoc（9-芴甲氧羰基）依靠β-消除机制去保护，需要碱处理，对TFA完全稳定。Cbz（苄氧羰基）的断裂需要催化氢解或强酸如HBr/AcOH，在TFA和HCl/EtOAc中稳定。因此，Boc与Fmoc或Cbz构成正交保护组合。在50% TFA/DCM中，只有Boc被脱除，Fmoc和Cbz保持完整。
当底物含有对酸敏感的叔丁酯或叔丁醚时，这些基团同样会释放异丁烯和叔丁基阳离子，无法与Boc区分。因此，需要保留叔丁酯的合成路线不应使用该试剂作为胍基化试剂，或者改用酸不稳定性较低的胍基保护基。
实验室操作流程
以Fmoc-Lys-OH的侧链胍基化为例。将Fmoc-Lys-OH溶于无水DMF，加入1.2当量N,N'-二-Boc-S-甲基异硫脲和2当量N,N-二异丙基乙胺（DIEA），室温搅拌6小时。反应完成后，减压蒸除DMF，残渣溶于DCM，加入等体积TFA和2% TIPS，室温反应45分钟。减压浓缩，向残余物中加入冷乙醚，析出白色固体，过滤即得侧链胍基化、N端Fmoc保护的赖氨酸三氟乙酸盐。该产物中的Fmoc可在20%哌啶/DMF中定量脱除，得到游离氨基酸。整个过程不生成其他骨架重排产物。
关键注意事项
甲硫醇（CH₃SH）作为反应副产物具有强烈恶臭和毒性，所有操作必须在通风橱内进行，反应瓶出口连接次氯酸钠溶液吸收装置。TFA具有强腐蚀性和挥发性，应使用玻璃器皿和耐酸手套。脱除Boc后的产物以胍盐形式存在，稳定性较高，可直接用于下一合成步骤。